Orice reacție chimică este însoțită de eliberarea sau absorbția energiei, de obicei sub formă de căldură. Secțiunea termodinamică chimică, care studiază efectele termice ale proceselor chimice, se numește termochimie. Efectele termice ale reacțiilor pot fi determinate atât experimental, cât și cu ajutorul calculelor termochimice.
Efectul termic al unei reacții chimice este cantitatea de căldură eliberată sau absorbită ca urmare a interacțiunii chimice. Reacțiile însoțite de eliberarea căldurii sunt numite exoterme, însoțite de absorbția căldurii - endotermică.
Majoritatea covârșitoare a reacțiilor chimice sunt procese izobatice. Prin urmare, este util să se evalueze efectul energetic sau termic al reacției prin schimbarea entalpiei sistemului. Efectul termic al unei reacții la o presiune constantă este egal cu schimbarea entalpiei sistemului Qp = # 916; H.
Ecuațiile reacțiilor chimice în care sunt indicate efectele termice și stările agregate ale substanțelor se numesc ecuații termochimice.
Ecuațiile termochimice indică, de asemenea, starea de fază și forma polimorfă și reacția compușilor rezultați: (g) - gaz, (f) - lichid, (k) - cristalin, (t) - solid, (p) - dizolvat și colab.
De exemplu, ecuația termochimică a sintezei de apă are forma
din ecuația rezultă că reacția este exotermă (# 916; H <0) и при взаимодействии 2 моль водорода и 1 моль кислорода образуется 2 моль воды и выделяется 571,6 кДж теплоты.
Conform ecuațiilor termochemice ale reacțiilor, se pot face diferite calcule. Pentru a rezolva problemele legate de ecuațiile termochimice, este necesar să notăm ecuația reacției procesuale, apoi, pe baza datelor, să elaborăm o proporție și să o rezolvăm.
Exemplul №1. Calculați folosind ecuația termochimică
cantitatea de corpus secretat prin arderea a 6,2 grame de fosfor.
Soluție: Calculați cantitatea de fosfor:
n (P) = m (P) / M (P) = 6,2 / 31 = 0,2 mol
Să compunem proporția și să găsim cantitatea de căldură:
când se arde 4 moli de P - 3010 kJ de căldură;
la ardere de 0,2 moli P - X kJ de căldură este eliberat;
4 / 0,2 = 3010 / X; X = (0,2; 3010) / 4 = 150,5 kJ.
Exemplul 2. Efectuați o ecuație termochimică pentru reacția de ardere a magneziului, dacă se știe că la arderea a 6 g de magneziu, 153,6 kJ de căldură este eliberată.
Soluția. Calculați cantitatea de substanță magneziu ars:
n (Mg) = m (Mg) / M (Mg) = 6/24 = 0,25 mol.
Să compunem ecuația reacției de combustie:
găsim cantitatea de căldură care este eliberată prin arderea a 2 moli:
când se ard 0,25 moli de magneziu - 153,6 kJ;
când 2 moli de magneziu sunt arși, se eliberează X kJ de căldură;
0,25 / 2 = 153,6 / X; X = (2, 153,6) / 0,254 = 1228,8 kJ.
În consecință, ecuația termochimică a reacției are forma
Exemplul №3. Conform ecuației termochimice
Determinați câte litri de monoxid de carbon (IV) (nu) se formează dacă se eliberează 591 kJ de căldură?
Soluția. Calculăm, la formarea cantității de monoxid de carbon (IV), 591 kJ de căldură. Plecând de la ecuația de reacție, vom forma proporția:
Odată cu formarea a 1 mol de CO2 (nu), se eliberează 394 kJ de căldură;
Când se formează X mol de CO2 (nu), se eliberează 591 kJ de căldură;
1 / X = 394/591; X = 591/394 = 1,5 mol CO2 (nu).
Conform rezultatelor legii lui Avogadro: 1 mol de gaz (la NU) ocupă un volum de 22,4 litri, vom compune proporția:
1 mol de CO2 (nu) ocupă un volum de 22,4 litri;
1,5 moli de CO2 (nu) ocupă X l;
1 / 1,5 = 22,4 / X; X = 1,5; 22,4 / 1 = 33,6 litri.
Pentru a putea compara efectele diferitelor procese termice calcule termochimice, de obicei, se face referire la 1 mol de substanță și stările și condițiile standard. Condițiile standard sunt: presiunea 101 325 Pa și temperatura 25 0 C (298 K). Starea standard a unei substanțe este o stare care este stabilă în condiții standard. Efectul termic în condiții standard se numește efect de reacție termică standard și este notat cu # 916; H 0 298 sau # 916; H 0.
Legea de bază este o termochimic lege G.I.Gessa (1841): Efectul termic al procesului chimic depinde numai de starea inițială și finală a materialelor și nu depinde de calea procesului, adică, numărul și natura etapelor intermediare.
Astfel, procesul de transformare a substanțelor inițiale (starea 1) în produse (starea 2) poate fi realizat prin mai multe căi prezentate în figura 3;
Figura 3. Modificarea entalpiei reacției în timp
Conform legii lui Hess, efectul termic al procesului poate fi calculat după cum urmează:
Potrivit anchetei legii Hess: căldura de reacție este egală cu diferența dintre suma entalpiile de formare a produșilor de reacție și suma entalpiile de formare a materiilor prime considerând coeficienții stoichiometrici:
Pentru a calcula efectul termic al reacției, se utilizează enthalpii (încălzirea) formării substanțelor. Entalpia formării este efectul termic al reacției de formare a 1 mol de materie din substanțe simple.
Enthalpiile standard ale formării denotă # 916; H 0 arr, 298 sau # 916; H 0 f, 298. unde indexul f este formarea. Adesea, unul din indici este omis. Entalpia standard a formării de substanțe simple, care sunt stabile în condiții standard (O2 oxigen gazos (g). Brom lichid Br2 (g). I2 iod cristalin (k). Rombic sulf S (p). Carbon C (grafit), etc) , sunt egale cu zero.
Entalpia standard a formării este schimbarea entalpiei în reacția formării unui mol de compus chimic din substanțe simple, măsurat în condiții standard.
Folosind calcule termochimice poate determina căldura de reacție, energia chimică, energia zabrele, interacțiunile intermoleculare, entalpia de dizolvare si solvatare (hidratare), efectele energetice ale transformărilor de fază etc.
Valorile entalpiilor standard pentru formarea unui număr de substanțe sunt prezentate în apendicele 1.
Exemplul №4. Pe baza valorilor entalpiei standard a formării, se calculează efectul termic al reacției, se trage concluzia că aceasta este exotermă sau endotermică:
Soluția. Scriem din Anexă. 1 valori ale entalpiei standard a formării substanțelor:
Trimiteți-le prietenilor: